03平面连杆机构

第3章平面连杆机构3.1铰链四杆机构的基本型式

3.2铰链四杆机构的演化3.3铰链四杆机构的基本特征性3.4图解法设计平面四杆机构机械设计基础》第3章平面连杆机构3.1铰链四杆机构的基本型式由若干个刚性构件通过低副联接而成，其运动构件都在相互平行的平面内运动。平面连杆机构在各种机械和仪表中获得广泛应用。3.1.1平面连杆机构概述1.概念图3-1平面连杆机构机械设计基础》第3章平面连杆机构2.平面连杆机构的特点1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。1）不宜于传递高速运动。2）可能产生较大的运动累积误差。缺点：优点：机械设计基础》第3章平面连杆机构3.1.2常见类型（按杆数分）平面开式机构平面闭式机构平面二杆机构

平面三杆机构

平面四杆机构

平面多杆机构

由于最常用、最基本的是四杆机构，故本章着重讨论四杆机构。图3-2平面连杆机构常见类型机械设计基础》第3章平面连杆机构

在连架杆中，能绕其轴线回转360°者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动者称为摇杆；联接连架杆的杆件作平面运动,称为连杆；固定不动的部分称为机架。机架连架杆连架杆连杆41233.1.3平面四杆机构的基本形式图3-3平面连杆机构各部分名称机械设计基础》第3章平面连杆机构1、曲柄摇杆机构在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪缝纫机脚踏板机构、自行车、走步机、送料机构

一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。运动特点：根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式机械设计基础》第3章平面连杆机构曲柄摇杆机构应用实例：卫星天线机械设计基础》第3章平面连杆机构曲柄摇杆机构应用实例自行车机械设计基础》第3章平面连杆机构2.双曲柄机构—两连杆架均为曲柄的四杆机构应用举例：惯性筛、插床机构运动特点：从动曲柄变速回转机械设计基础》第3章平面连杆机构插床机构双曲柄机构应用实例机械设计基础》第3章平面连杆机构3.双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构港口起重机、飞机起落架、车辆的前轮转向机构应用举例：机械设计基础》第3章平面连杆机构双摇杆机构应用实例港口起重机选择连杆上合适的点，轨迹为近似的水平直线机械设计基础》第3章平面连杆机构3.2铰链四杆机构的演化1.扩大转动副，使转动副变成移动副机械设计基础》第3章平面连杆机构曲柄滑快机构演化机械设计基础》第3章平面连杆机构2.取不同的构件为机架机械设计基础》第3章平面连杆机构当构件2和构件4均能作整周转动，小型刨床就是应用实例机械设计基础》第3章平面连杆机构

当杆2的长度小于机架长度时，导秆4只能作来回摆动，又称为摆动导秆机构，牛头刨中的主运动机构是他的应用实例机械设计基础》第3章平面连杆机构3.当以构件3为机架时，可演化成移动导杆机构，图示压水机就是实例机械设计基础》第3章平面连杆机构正弦机构应用实例缝纫机针运动机构

4.如果两个移动副代替铰链四杆机构中的两个转动副，便可得到三种不同形式的四杆机构(1).曲柄移动导杆机构机械设计基础》第3章平面连杆机构(2)双转块机构(3)双滑块机构机械设计基础》第3章平面连杆机构当曲柄处于AB',AB"位置时，形成△B’C’D，△B"C"D。则：

b≤（d－a）＋cc≤（d－a）＋ba＋b≤c＋d

（1）

a＋c≤b＋d

（2）

a＋d≤b＋c

（3）将式(1)、(2)、(3)两两相加得

a≤b，

a≤c，

a≤d

1.铰链四杆机构曲柄的存在条件3.3铰链四杆机构的基本特征性机械设计基础》第3章平面连杆机构在满足曲柄存在的必要条件时，取不同杆为机架，可以得到不同类型的铰链四杆机构：（1）取最短杆相邻的构件为机架时，只有最短杆一个曲柄，故为曲柄摇杆机构（2）取最短杆为机架，作连架杆的杆2和杆4均为曲柄，故为双曲柄机构（3）取最短杆的对边杆为机架，作连架杆的杆2和杆4均不能作曲柄，故为双摇杆机构（1）机构中有一最短杆（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆之和

曲柄存在的必要条件曲柄存在的充分条件最短杆与机架的位置关系最长杆和最短杆之和大于其余两杆之和，不论取哪个构件作为机架，均为双摇杆机构特例：机械设计基础》第3章平面连杆机构2.急回特性

摇杆来回摆动的平均速度v1与v2不相等，称为急回运动或急回特性。这种特性的大小，用v2与v1的比值K——行程速比系数来表示，则为机械设计基础》第3章平面连杆机构曲柄摇杆机构急回特性的判断原则四杆机构急回特性，取决于极位夹角θ值：（1）当θ=0时，无急回运动；（2）当θ≠0时，有急回运动，而且θ角越大，K值越大，急回特性越明显。举例1.有急回运动的机构偏置曲柄滑块机械设计基础》第3章平面连杆机构2.无急回运动的机构摆动导杆机构对心曲柄滑块机构转动导杆机构可以用来节省空回行程的时间可以提高生产效率优点机械设计基础》第3章平面连杆机构3.压力角和传动角

传动角

γ越大，压力角α越小，有效分力Ft越大

物体的受力方向与其运动的线速度方向所夹的锐角α称为压力角

连杆与从动件之间所夹的锐角γ

，即压力角α的余角称为传动角

曲柄摇杆机构的最小传动角γmin

只出现在曲柄与机架共线处，等于∠B“C”D与（180º-∠B‘C’D）之间最小者，且γmin

≥

[γ]=40º~50º。γ=90º-αFt=Fcosα=Fsin(90º-α)=FsinγFn=Fsinα=Fcos(90º-α)=Fcosγ机械设计基础》第3章平面连杆机构4.死点

图示机构在死点位置时，主动件摇杆通过连杆作用于从动件曲柄的力恰好通过曲柄的回转中心，转矩等于零。

所谓死点位置就是指从动件的传动角等于零或者压力角等于90∘时机构所处的位置。机械设计基础》第3章平面连杆机构(１）死点位置的应用飞机起落架夹具飞机起落架机构，使起落架不会折回钻床工件夹紧机构，利用死点位置夹紧工件，不会松脱机械设计基础》第3章平面连杆机构火车轮(2）

避免死点位置的危害加虚约束的平行四边形机构死点有害：不利于机构能顺利回转采用多组机构联动的办法机械设计基础》第3章平面连杆机构加虚约束的平行四边形机构机械设计基础》第3章平面连杆机构3.4.1实现连杆占有若干给定的位置

图3-4-1所示铰链四杆机构ABCD，其连杆BC能实现预定的三个位置B1C1、B2C2、B3C3。因为活动铰链B是绕A作圆周运动，故A在B1、B2、B3两两连线中垂线交点处。只要利用这些中垂线求出铰链A的位置，则连架杆AB就可以确定了。同理可确定铰链D及杆CD和AD的长度。这时有唯一解。3.4图解法设计平面四杆机构机械设计基础》第3章平面连杆机构图3-4-1给定连杆动铰链三个位置的设计

机械设计基础》第3章平面连杆机构

在作图求解的过程中，选一长度比例尺μ1作出连杆已知的三个位置B1C1、B2C2和B3C3。作B1B2和B2B3的中垂线b12和b23交于固定铰链A。作C1C2和C2C3的中垂线c12和c23交于固定铰链D，则AB1C1D就是要求的铰链四杆机构。如果只给定连杆的两个位置B1C1和B2C2

，则B1B2

只有一条中垂线b12

，固定铰链A可在该中垂线上任意选定。同理，铰链D可在C1C2的中垂线c12上任意选定。这时，有无穷多解，一般A、D可根据其他附加条件来确定。如果C1、C2和C3成一条直线，如图3-4-2所示，c12、c23交于无限远处,这时可将CD杆改为以C1、C2、C3为导路的滑块，就获得曲柄(摇杆)滑块机构。机械设计基础》第3章平面连杆机构图3-4-2给定连杆三个位置设计曲柄（摇杆）滑块机构

机械设计基础》第3章平面连杆机构3.4.2按照给定的行程速比系数设计四杆机构

设计具有急回作用的机构，常根据机械的工作性质选取适当的行程速比系数k，计算极位夹角θ，然后按机构在极限位置的几何关系，再结合其他辅助条件确定各构件的尺寸。设已知摇杆CD的长度lCD，摆角ψ，行程速比系数k。试设计该机构。假设该机构已经设计出来了，如图3-4-3(a)所示。当摇杆处于两极限位置时，曲柄和连杆两次共线，∠C1AC2即为极位夹角θ。若过点C1、C2以及曲柄回转中心A作一个辅助圆K则该圆上的弦C1C2所对的圆周角为θ。所以圆弧C1AC2上的任意点均可作为曲柄的回转中心。（机械设计基础》第3章平面连杆机构图3-4-3给定k设计四杆机构机械设计基础》第3章平面连杆机构由于曲柄回转中心A可在圆弧C2PE或C1F上任意选取，所以有无穷多解。（（机械设计基础》第3章平面连杆机构

(2)如果机架尺寸未给定，则应以机构在工作行程中具有较大的传动角为出发点来确定曲柄回转中心的位置。如果给定机架尺寸，此时所设计的机构如不能保证在工作行程中的传动角γmin≥［γ］，则应改选原始数据，重新设计(例如选A便就比A′更能满足传动角的要求)。

(3)若给定连杆长度b，则以C1C2为底边，以90°-θ/2为底角，作等腰三角形(如图3-25(b)所示)，得顶点O′，再以O′为圆心，O′C1为半径，作圆K1，显然，在K1上C1C2弧所对应的圆周角应为θ/2。机械设计基础